1、高中化学化学流程图专题分析 化学流程图专题分析 随着新课改的进行，在高考化学试题中化工题逐渐成为一类热门的主流题型它将高中化学及某些化工生产很好地融合在一起，题目情景新颖，综合性强，思维量大，具有挑战性。一些专家预测，在新课改背景下，无机化工题可能会逐渐取代以往高考化学试题中的无机框图型推断题，2007年广东、山东、上海高考化学试题中均考查了化工题，江苏省十三大市化学试题中几乎都设置了化工题。化工题是以某个具体的工业生产为背景，以化学基本理论为主线，结合化学实践!环境保护!化学计算等考查同学们应用所学知识探究解决生产实际问题的能力，对综合能力要求很高化工题的特点表现为:题目多以流程图的形式出现
2、;题目所涉及的情景新颖;在题目中还时常出现一些化工术语(酸浸!水洗!水热处理表面处理等)；题目实际考查的是应用化学反应原理、化学平衡原理、离子平衡理论!晶体结构知识!物质制备和分离(提纯)知识、绿色化学观点、安全生产思想及从经济的视角分析、评价、探究实际生产中各种问题的能力为了能够从容应答这类试题，考得理想的分数，下面我通过一个例题来分析解答化工题的一般思路和主要策略，希望大家多提宝贵意见。【例1】重铬酸钠(Na2Cr2O72H2O)俗称红矾钠，在工业方面有广泛用途。我国目前主要是以铬铁矿（主要成份为FeOCr2O3，还含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质）为主要原料进行生产，其主要工艺流程
3、如下：中涉及的主要反应有：主反应：4FeOCr2O38Na2CO37O28Na2CrO42Fe2O38CO2副反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2、Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3完全沉淀时溶液pH4。73。711。25。6试回答下列问题： “”中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是 。两个副反应均为吸热反应，但在高温下均能自发进行，其原因是 。 “”中调节pH至4.7，目的是 。 “”中加硫酸酸化的目的是使CrO42转化为Cr2O72，请写出该平衡转化的
4、离子方程式： 。 “”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠，依据是 。【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识，过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。搅拌的目的是增大反应物的接触机会，从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行，所以必然是一个S0的反应。溶液中存在的主要阴离子有CrO42、AlO2、SiO32，pH调至4.7，是为了除去其中的AlO2、SiO32。硫酸钠的溶解度随温度的升高，先增大后减小，这一点较特殊，设问较困难。若给出其溶解度曲线，则可以帮助理解最后两步工艺。【答 案】 使反应物接触更充分，加快反应速率 S0 除去
5、溶液中的AlO2、SiO32 2CrO422H+ Cr2O72H2O 红矾钠的溶解度随温度的降低而减小【小结】学生审题不清（采用冷却结晶的方法析出红矾钠，要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42转化为Cr2O72的平衡转化离子方程式，但很多学生不用可逆符号而用等号），概念混淆（不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率，能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率），思考问题的指向不正确（讨论反应能否自发进行应从什么角度思考？部分学生还不知道），分析问题能力差，化学原理不清，不能正确分析流程图中所包含的化学反应。【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还
6、含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如下图所示：根据上述图示，完成下列填空： (1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配制500mL稀氨水（每升含有39。20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）_mL，用规格为_mL量筒量取。(2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K、SO42外，还有大量的NH4。检验NH4的方法是_。(3）写出沉淀物中所有物质的化学式_。(4）滤液I的成分是水和_。(5）为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量_溶液，产生白色沉淀。_、_、_(依次填写实验操作名称)。冷却、称重。(6）若试样为mg
7、，沉淀的物质的量为n mol，则试样中K2SO4的物质的量为：_mol（用含有m、n的代数式表示）。【解析】（1）根据稀释前后溶质质量不变得：0.5L39.2g/Lv251.28g/L，v0.078L78mL。为了减少误差，最好选用及氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。（2）NH4的检验方法是先将NH4中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。（3）Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。（4）由于明矾石
8、的组成及明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。（5）混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液，以后的操作为：先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。（6）根据题意有：174n(K2SO4)132n(NH4)2SO4=mg，再由SO守恒得：n(K2SO4)n(NH4)2SO4=nmol ，n (K2SO4) mol。【答案】(1)78；100。(2)取滤液少许，加入NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(3)Al(OH)3；Al2O3；Fe2O3。(4)K2SO4；
9、(NH4)2SO4。(5)BaCl2；过滤；洗涤；干燥。(6)mol。【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si(16。27%)、Fe(5。86%)、Al(3。42%)、Zn(2。68%)和Cu（0。86%）等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2CuSZnSMnSFeSpH5.23.29.710.46.78.。00.422.577（1）FeSO4在酸
10、性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为。（2）滤渣A的主要成分是 。（3）加入MnS的目的是除去 杂质。（4）碱性锌锰电池中，MnO2参及的电极反应方程式为 。（5）从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 （写两种）。【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中，准确地提取实质内容，并及已有知识模块整合，重组为新知识模块的能力。由反应流程可知：在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+，将Cu氧化成Cu2+，此外溶液中的还有Zn2+和Al3+，当调pH至5。4时，只有Al(OH)3 和Fe(OH)3
11、会完全沉淀，故滤渣A的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3。加入MnS后因为酸性条件下CuS 、ZnS更难溶所以会转化为CuS 、ZnS沉淀而除去Cu2 Zn2。【答案】（1）MnO22FeSO42H2SO4MnSO4Fe2(SO4)32H2O （2）Fe(OH)3 Al(OH)3（3）Cu2 Zn2（4）MnO2H2OeMnOOHOH（或2MnO2H2O2eMn2O32OH）（5）锌、二氧化锰【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO42H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺
12、流程示意图。（1）本工艺中所用的原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要 等原料（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式： （3）过滤操作所得固体中，除CaCO3外还含有 （填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。（4）过滤操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32的方法是： 。（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：温度（）02060K2SO4溶解的量(g)7。411。118。260时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0，可析出K2SO4晶体 g（6）氯化钙结晶水合物（CaCl26H2O）是目前常用的无机储热材料，选择
13、的依据是 a 熔点较低（29熔化） b 能导电 c 能制冷 d 无毒（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是： 。【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含有的水是500g，在0可溶解硫酸钾37g，所以析出晶
14、体54g。作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。【答案】（1）CaCO3 NH3 H2O （2）CaSO4CO32CaCO3SO42（3）CaSO4（4）滤液中滴加盐酸产生气泡 （5）54g （6）a d（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似，只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方
15、面有着更高的要求，解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素，充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO45H2O）。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。 回答下列问题： （1）配平在滤液（）中发生反应化学主程式： _NOx+_H2O+_O2_HNO3。 （2）写出制取硫酸铜的总反应方程式_。 （3）在上述生产过程中，被循环使用的物质是_。 （4）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。【解析】（1）NOx中N的化合价为2x，反应前后N化合价变化为5-2x，O2中O化合价变化为4，初步配平为4NOx+H2O+（5-
16、2x）O2HNO3，再配平其他物质的化学计量数得：4NOx+2H2O+（5-2x）O24HNO3；（2）发生的有关的化学方程式为：（5-2x）Cu+（12-4x）HNO3（5-2x）Cu(NO3)2+2NOx +（6-2x）H2O、 4NOx+2H2O+（5-2x）O24HNO3、Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3，+2+（5-2x），得：（5-2x）Cu+ O2+（5-2x）H2SO4（5-2x）CuSO4+（5-2x）H2O，化简得2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O；（3）要提供O2，可用排空气法，即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气；消除氮的氧化物用B装置
17、，一个导气管通氮的氧化物，一个导气管通空气，另一个导气管导出多余的空气。由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜，拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜， 延伸到化工生产硫酸铜，再回归到实验室模拟化工生产过程。Cu + 2H2SO4（浓） CuSO4 + SO2+ 2H2O Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2OSO2 + 2HNO3（浓）= H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2HNO3 （应用侯氏制碱法的生产原理）4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 把方程式进行加合，可得总反应方程式：2Cu + O2 +
18、 2H2SO42CuSO4 + 2H2O在模拟化工生产过程时，又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。答案：（1）2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O （2）HNO3 （3）B、A。【例6】工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理及下列物质相同的是_（填代号）。a. 84消毒液（NaClO溶液） b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精高锰酸钾保存在棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_（填代号）。a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱上述流程中
19、可以循环使用的物质有 、 （写化学式）。若不考虑物质循环及制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择（选填代号） 。a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱所需气体发生装置是_（选填代号）。操作的名称是 ；操作根据KMnO4和K2CO3两物质在 （填性质）上的差异，采用 （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。【解析】高锰酸钾又名灰锰氧，是+7价锰最重要的化合物， 也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景， 着重考察了基本化学实验知识， 本题可
20、很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。 (1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物， 它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用，类似84消毒液（NaClO溶液）、双氧水， 而苯酚、 酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。 (2)试剂保存方法源于试剂的性质， 见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂， 都保存在棕色试剂瓶中。 (3从流程图中不难发现，由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4， 所以MnO2可以部分循环；母液成分主要是K2CO3，通过加入石灰，产生KOH也可以循环利用。 (
21、4)本小题考察学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应， 通过物质的量的关系得出；另外，从流程中也可看出，元素损失发生在KMnO4歧化这一步，通过电子得失守恒，1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4. (5) 本题主要考察有关气体制取实验原理和装置， 气体发生装置取决于气体制备原理。题目中关键词 “纯净”， 所以要选用纯碱和稀硫酸， 发生装置就只能相应选择。 (6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。操作是分离不溶物MnO2， 所以是过滤； 操作从两物质性质上分析， 都可溶， 故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离， 但考虑到KMnO4易受热分解， 要得
22、到KMnO4粗晶体，只能蒸发浓缩结晶。【答案】（1）ab （2）d （3）MnO2；KOH （4）2/3 （5）cd ；A；（6）过滤；溶解度；浓缩结晶小结 结合本题系统复习拓展介绍KMnO4作为氧化剂在不同介质条件下被还原的产物， 也可以拓展到电解法制备高锰酸钾的工艺流程。本专题考查考生将工艺流程及化学原理融合的能力。学生之所以怕无机化工信息题往往是被陌生情景和专业术语吓倒，或者是因不能完全理解流程图的含义而无从下手。解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。图中一般会出现超纲知识，但题目中蕴涵了提示或者提问时不涉及，所以一定要关注题目的每一个字眼，尽量弄懂流程图但不必要将每一个物质都推出，问什
23、么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。在答题时应注意前后问题往往没有联带效应，即前一问不能回答没关系，不影响后面回答问题。遇到做不出来的问题要及时放弃，以免影响其他问题的作答。最后，作答时一定要看清所提问题，不能答非所问，注意语言表达的科学性。练习1减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2，制备硫酸锰的生产流程如下：浸出液的pH2，其中的金属离子主要是Mn2，还含有少量的Fe2、Al3、Ca2、Pb2等其他金属离子。有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附
24、剂吸附金属离子的效果见下图。 离子离子半径(pm)开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe2747.69.7Fe3642.73.7Al3503.84.7Mn2808.39.8Pb21218.08.8Ca299已知PbO2的氧化性大于MnO2。请回答下列问题： 写出浸出过程中主要反应的化学方程式 ，氧化过程中主要反应的离子方程式 。 在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至 。 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是 （填写序号）。a溶液的pH b金属离子的电荷 c金属离子的半径 d吸附时间 操作a包括 等过程。2重铬酸钾（K2Cr2O7）是工业生产和实验室
25、的重要氧化剂。实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿（主要成份为FeOCr2O3）、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠（Na2CrO4），涉及的主要反应是6FeOCr2O3 + 24NaOH +7KClO3 12Na2CrO4 + 3Fe2O3 +7KCl + 12H2O，然后将铬酸钠转化为K2Cr2O7。其主要工艺如下：试回答下列问题：（1）在反应器中，有Na2CrO4生成，同时Fe2O3转变为NaFeO2，杂质SiO2、Al2O3及纯碱反应转变为可溶性盐，写出氧化铝及碳酸钠反应的化学方程式： 。（2）NaFeO2能强烈水解，在操作生成沉淀而除去，写出该反应的化学方程式： 。（3）操作的目
26、的是什么，用简要的文字和化学方程式说明： 。（4）操作中，酸化时，CrO42转化为Cr2O72,写出平衡转化的离子方程式： 。（5）称取重铬酸钾试样2.5000g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入10mL 2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+)，放于暗处5min，然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定（I2+2S2O32=2I+S4O62）。判断达到滴定终点的依据是： ；若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL，则所得产品中的重铬酸钾的纯度为 （设K2Cr2O7的摩尔质量为294gm
27、ol -1，整个过程中其它杂质不参及反应）。3、工业上用铝土矿（含氧化铝、氧化铁）制取铝的过程如下：请回答下列问题：（1）沉淀C的化学式为_，该物质除了用于金属冶炼以外，还可用作_。（2）电解熔融的氧化铝时，加入冰晶石的作用是_。（3）操作I、操作II、操作III都是_（填操作名称），实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在_装置中进行。（4）生产过程中，除NaOH、H2O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有_（填化学式）。用此法制取铝的副产品是_（填化学式）。（5）写出Na2CO3溶液及CaO反应离子方程式：_。（6）若铝土矿中还含有二氧化硅，此生产过程中得到的氧化铝将混有杂质：_（填化学式）
28、。4现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体（CuCl22H2O），为制取纯净的CuCl22H2O，首先将其制成水溶液，然后按下图所示步骤进行提纯：已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性，要将溶液中的Cu2、Fe2、Fe3沉淀为氢氧化物，需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。请回答下列问题：（1）本实验最适合的氧化剂X是_AK2Cr2O7 BNaClO CH2O2 DKMnO4（2）物质Y不可以是_ACuO BCuCl2 CCu（OH）2 DCuCO3（3）除去Fe3的有关离子方程式是（物质Y在（2）中选择合适的选项）： _（4）加入氧化剂的目的是_。（5）最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl22H2O？_（填“能”或“不能”）。如不能，应如何操作？（如能，此空不填）_。5碘酸钾是一种白色结晶粉末，无臭无味，酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂，及氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用，被还原为单质碘，在碱性介质中，碘酸钾能被氯气、次氯酸盐等氧
